细晶化高强IF钢生产原理及工艺开发

摘要

为减轻汽车自重、降低能耗和提高汽车碰撞时的安全性，具有良好深冲和涂层性能的高强汽车外面板已经开发使用。目前，440MPa级细晶高强IF钢汽车外面板已进行商业化生产。
　　本文中细晶高强IF钢通过细化晶粒，在提高晶界强度、抑制二次加工脆化的同时，利用独特的微细析出物沉淀强化，使其获得了优良的成形性能。
　　本文以细晶高强IF钢为研究对象，在Gleeble1500热模拟机上，对细晶高强IF钢的热变形行为进行了研究;在Φ450实验室轧机上完成了热轧实验;在实验室Φ160二辊可逆式轧机完成了冷轧实验;在实验室SX2-10型箱式电阻炉模拟完成模拟罩式退火实验和连续退火实验;并通过光学显微镜、透射电镜和拉伸试验进行显微组织观察和力学性能测定。所得研究结果如下:
　　(1)高温热变形行为和连续冷却相变行为的研究
　　(a)在单道次热模拟实验中:应变速率为10s-1，真应变为0.5时，应力—应变曲线为动态回复型，不随温度的变化而改变类型，变形温度越高，流变应力越小;在900℃及950℃变形时，流变应力随着变形速率的增加而增加;在其它变形条件相同的情况下，随着变形量的增加，流变应力也随之增加。
　　(b)利用双道次压缩实验，研究细晶高强IF钢的静态软化行为，变形温度越高，保温时间越长，静态软化率越大，且晶粒尺寸越大;计算出在ε=0.3，(ε)=1s-1的条件下，细晶高强IF钢的静态再结晶激活能为Qrec=186.73kJ/mol,因此该钢易发生静态再结晶。
　　(c)通过对不同条件下的CCT曲线分析发现，变形条件和冷却速度对细晶高强IF钢相变点的影响很大，变形加速了铁素体相变;随着冷却速度的提高，铁素体转变区域增大。
　　(2)实验室模拟实验工艺
　　(a)初步确定了细晶高强IF钢实验室模拟热轧工艺制度。
　　(b)在实验室通过对不同冷轧压下率下组织性能变化规律的研究发现:在820℃退火时，随着变形量的增加，铁素体晶粒细化，抗拉强度和屈服强度升高，延伸率和r值先增大后减小;在850℃退火时，随着变形量的增加，铁索体晶粒尺寸先增大后减小，抗拉强度和屈服强度先减小后增大，延伸率和r值先增大后减小。通过在两组退火温度不同压下率下组织和性能的对比可知，压下率在77.5％～80％时r值出现最大值。
　　(c)在实验室对不同退火制度下组织性能变化规律研究发现:退火温度越高，退火时间越长，铁素体晶粒越大，抗拉强度和屈服强度减小，延伸率和r值增大。
　　(3)沉淀析出行为研究
　　(a)细晶高强IF钢的晶粒较传统IF钢细化很多，由于铌的添加使得细小的铌碳氮Nb(C，N)化合物弥散分布，可以观察到大量10～40 nm的细小析出物NbC。这些细小沉淀物可以抑制晶粒的长大，因而晶粒非常细小。
　　(b)由于晶界扫动效应，导致析出物在晶界的一侧非常稀少，形成独特的沉淀贫乏区。即晶界附近析出物非常稀少，称之为PFZ（晶界无析出物区）。PFZ带的宽度一般在0.6μm以上，这样可以解释即使在晶粒非常细小的情况下，细晶高强IF钢屈服强度低的原因。
　　(c)退火温度越高，加热速率越大，铁素体晶界附近的PFZ越稳定，体积分数越大，屈服强度越低。
　　(d)由于细化晶粒和沉淀强化以及固溶强化，实验钢显示了较高的强度。同时由于PFZ带的存在，使实验钢呈现了较低的屈服强度和良好的成型性能。
　　(4)实际生产工艺开发
　　(a)确定细晶高强IF钢的热轧轧制工艺制度:加热温度在1150℃左右，粗轧温度1050℃左右，精轧温度在900℃左右，卷取温度在630～650℃。
　　(b)确定细晶高强IF钢的冷轧轧制工艺制度:冷轧压下率75～80％之间，退火温度为840～870℃，保温时间在120～200s之间，对应实验钢的抗拉强度在470MPa左右，屈强比在0.60左右，r值为1.69，延伸率接近40％。
　　(c)随着冷轧变形量的增加，铁素体晶粒细化，抗拉强度和屈服强度升高，延伸率和r值先增大后减小，r值在压下率为77.5％时出现峰值。
　　(d)退火温度越高和退火时间越长，铁素体晶粒越粗大，抗拉强度和屈服强度越小，而塑性应变比r值和延伸率越大。但当超过某一值时，铁素体晶粒变化不大，强度、塑性应变比r值和延伸率变化也不大，甚至出现下降的趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 现代汽车板的质量和品种要求

1．2．1 现代汽车薄板的质量要求

1．2．2 现代汽车薄板的品种要求

1．3 汽车用冷轧高强度钢板简介

1．3．1 汽车用冷轧高强度钢板的发展历史

1．3．2 汽车用高强度钢板的应用现状

1．3．3 汽车用高强度钢板的发展趋势

1．4 IF钢及其发展

1．4．1 汽车用深冲IF钢

1．4．2 汽车用深冲IF钢的发展

1．4．3 汽车用深冲IF钢生产工艺的最新进展

1．5 生产工艺对IF钢性能的影响

1．5．1 冶炼技术对IF钢性能的影响

1．5．2 轧制工艺对IF钢性能的影响

1．5．3 退火工艺对IF钢性能的影响

1．6 二相粒子析出与微合金化特点

1．6．1 第二相研究对钢铁材料的意义

1．6．2 Nb的微合金化特点

1．6．3 Ti微合金化特点

1．6．4 冷轧退火过程中二相粒子析出及其对组织性能的影响

1．7 研究内容及技术路线

1．7．1 课题背景及意义

1．7．2 合金成分设计

1．7．3 研究内容

1．7．4 技术路线

第2章 细晶高强IF钢热模拟实验研究

2．1 细晶高强IF钢的热变形软化行为

2．1．1 单道次压缩实验

2．1．2 变形速率对细晶高强IF钢应力-应变曲线和显微组织的影响

2．1．3 变形温度对细晶高强IF钢应力-应变曲线和显微组织影响

2．1．4 变形量对细晶高强IF钢应力-应变曲线和显微组织的影响

2．2 细晶高强IF钢的高温静态软化行为

2．2．1 双道次压缩实验

2．2．2 静态软化率Xs的测定

2．2．3 实验结果分析

2．2．4 静态再结晶激活能Qrec的确定

2．2．5 静态再结晶动力学

2．3 细晶高强IF钢连续冷却相变行为及显微组织

2．3．1 CCT曲线实验方案

2．3．2 CCT曲线的测定

2．3．3 显微组织的分析

2．4 本章小结

第3章 细晶高强IF钢实验室模拟实验

3．1 热轧生产工艺开发

3．1．1 实验材料

3．1．2 热轧工艺实验

3．1．3 热轧后实验钢显微组织观察

3．2 冷轧实验工艺

3．2．1 冷轧工艺参数

3．2．2 冷轧后实验钢显微组织观察

3．2．3 不同压下率对细晶高强IF钢力学性能的影响

3．3 模拟罩式退火实验生产工艺

3．3．1 退火实验工艺参数

3．3．2 不同退火温度对细晶高强IF钢组织与力学性能的影响

3．3．3 不同退火时间对细晶高强IF钢组织与力学性能的影响

3．4 本章小结

第4章 细晶高强IF钢的沉淀析出行为

4．1 细晶高强IF钢二相粒子的析出

4．1．1 模拟罩式退火下二相粒子的分布、形貌和成分

4．1．2 模拟连续退火下二相粒子的分布、形貌和成分

4．2 细晶高强IF钢中PFZ带的形成

4．2．1 细晶高强IF钢细晶低屈服现象

4．2．2 细晶高强IF钢中PFZ形成机理

4．2．3 退火温度对PFZ形貌的影响

4．2．4 加热速率对PFZ形貌的影响

4．3 连续退火工艺对二相粒子析出行为的影响

4．3．1 不同加热速度对细晶高强IF钢微观组织的影响

4．3．2 不同退火温度对细晶高强IF钢显微组织的影响

4．3．3 不同退火时间对细晶高强IF钢显微组织的影响

4．4 本章小结

第5章 细晶高强IF钢生产工艺开发

5．1 热轧生产工艺开发

5．1．1 实验材料

5．1．2 热轧生产工艺制定

5．1．3 显微组织观察

5．1．4 综合分析

5．2 冷轧生产工艺

5．2．1 冷轧压下率对显微组织的影响

5．2．2 透射电镜下的组织形貌观察

5．2．3 不同压下率对细晶高强IF钢拉伸性能的影响

5．2．4 不同压下率对细晶高强IF钢成形性能的影响

5．3 模拟连续退火工艺

5．3．1 退火生产工艺参数

5．3．2 不同退火时间对细晶高强IF钢显微形貌影响

5．3．3 不同退火时间对力学性能的影响

5．3．4 不同退火温度对细晶高强IF钢显微形貌影响

5．3．5 不同退火温度对细晶高强IF钢力学性能的影响

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

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